用先进的MEMS＆传感器铺平通往自动驾驶的方式

文章作者:Stephen Las Marias

为适应新的移动趋势，过渡将继续加速，包括车辆电气化、连通性、先进的驾驶辅助系统(ADAS)、网络和自动驾驶等。

根据STMicroelectronics最近的介绍，2019年汽车电子的总可卡位市场价值为353亿美元。今天，大约65％的车辆中的总电子包括传统的汽车核心电子产品，而数字化和电气化系统占剩余35％的数字化。。

“十到20年前，它可能需要15,200岁，甚至更多，更改这一分区，”MEMS模拟，MEMS和传感器组（AMS），亚太地区的MEMS模拟，MEMS和传感器集团（AMS）负责人说，在STMicroelectronics。“随着新项目的当前速度，新的开发和新技术，我们将达到数字化和电气化的60％以上，而传统的汽车核心电子器件将不到40％。这将在现在只有三到五年。“

STMicroelectronics已经从事所有这些应用 - 例如ADAS视觉和雷达，网络，定位和连接，以及车辆电气化的许多其他方面。“这里的关键点是，我们今天将改变和塑造汽车市场的速度比以前更快 - 甚至更快，”布鲁诺说。

Covid-19：挑战和机遇

然而，今年的Covid-19大流行显着影响了汽车市场，在2019年预测的数据预测中，全球汽车产量预计今年今年将下降20％。但是，根据布鲁诺的说法，恢复非常有前景。

更重要的是，大流行有一些以某种方式加速到电动车（EVS）的过渡。在2020年，EVS仅占生产总车辆的16％。到2022年，该数字预计将增加到22％;到2024年，大约37％的制造车辆都是EVS。反过来，这预计将导致半导体含量显着增加 - 特别是感测。

布鲁诺说:“两种新的趋势正在强劲地出现。“一个是共享的流动性。到2024年,超过10%的私人车辆将共享流动,这将为公司提供很多机会圣这意味着传统的汽车模型发生变化,所以许多OEM和一级公司重新考虑他们的新车将服务于消费者和人们会买那辆车。”另一个趋势是汽车连接，与共享机动性一起，正在成为一种社会需求。这为ST的产品，特别是传感器提供了很多机会。

汽车传感器的机会

如今的车辆越来越多地与摄像机，LIDAR，长范围和短程雷达，以及用于巡航控制，碰撞避免，360°围绕视图，停车，导航，安全和车辆动态的应用的超声波系统 - MEGA系统, in Bruno’s words.

“我们在这些大型子系统中看到哪些传感器？显然，40年前已经使用了运动传感器进行嵌入式安全性。环境传感器是新的。麦克风甚至更新，“布鲁诺说。

这样的图像是一个非常复杂的系统，有很多子系统需要彼此通信。“因此，我们谈论的是核聚变，不同的系统需要如何相互沟通，”Bruno说。“这是一个非常重要的课题——所有这些子系统和传感器的融合。”

图2：汽车传感器的许多机会。

ST已确定四个兆生长司机：共享移动和访问控制;道路噪音取消，旨在通过减少道路上的噪音来为乘客提供更好的经验;然后，4级和5-5G级和驾驶辅助 - 将允许汽车更加自主的关键推动者。

每一个增长驱动力都拥有加速这些新应用程序采用的关键技术。例如，在共享移动性和访问控制中，关键是要有低功耗:例如用于无源密钥输入的低功耗加速度计。

“道路噪声消除系统有点复杂：我们有加速度计检测车轮振动;麦克风感觉和捕获机舱内的声学噪声 - 我们不仅仅是一个麦克风，而且许多由四个，六个和八个麦克风组成的OEM解决方案，除了汽车的每个轮子的四个加速度计，“布鲁诺说。“这是一个非常复杂和有趣的趋势，因为您可以集成所有这些不同的子系统，每个子系统都有一个特定的传感器。”

接下来是连接的汽车。对于所有其他（V2X），远程信息处理盒，汽车警报和许多其他技术，ST一直是这些技术的先驱，并与其汽车TESEO处理器提供全套套件，特别是对于MEMS和MEMS和该技术惯性模块单元。ST提供6度自由装置（6dof），其中有一个3轴加速度计和3轴陀螺完全集成到导航系统中。

据布鲁诺说，但是，真正改变景观是驾驶援助。“它不再是梦想，而是一个现实，”他说。“每个人都在努力。我们在这里有什么是包含雷达，激光器和相机的系统的融合。“ST也有针对这些应用的传感器。事实上，根据Bruno的说法，St不仅销售进入汽车的传感器，还销售在车辆在生产线上制造时使用的传感器。

“倾向和雷达在汽车中安装的方式非常重要。这就是为什么我们在汽车生产过程中销售针对雷达的倾斜或稳定的特定设备。在任何激光雷达或雷达系统中，整个系统关于汽车平面的适当倾向是右测量的仪器。因此，您需要倾斜传感器在安装LIDAR /雷达本身期间检测任何未对准，并且在汽车的正常操作期间在驾驶时使用，“布鲁诺解释。

自主驾驶的未来

根据布鲁诺的说法，有五个级别的车辆自动化（见图3）。“我们曾经在0级以上的汽车，其中驾驶员完全控制车辆，”他说。

ST认为，2021年将生产的汽车中，有三分之一将是2级和3级。但要进入第4级和第5级，行业需要的是一个清晰的系统路线图。“我们需要更多不同子系统之间的融合，包括雷达、激光雷达等。显然，在第5级，司机不再开车——他们只是开车从A点移动到B点，”布鲁诺说。

图3：五级车辆自动化。

目前，这些汽车正在走向3级(大约2022年)，而5级全自动化，无需驾驶员，预计将在2040年左右实现。Bruno说:“为了达到第5级，我们需要超过30个传感器以相互协作的方式工作。”

三波传感器采用

布鲁诺表示，汽车上已经出现了三波传感器应用浪潮。第一次浪潮始于1974年的安全气囊，现在已经成为主动安全。这一波动包括用于驾驶员侧、双正面和侧面碰撞安全气囊的压力传感器，用于车辆动态控制(VDC)和电子稳定控制(ESC)的传感器，以及轮胎压力监测系统(TPMS)的压力传感器。

接下来是信息娱乐系统的到来，这被认为是不安全的应用。这涉及到远程信息技术、导航、门控制单元和无源关键元件的使用——ST在世界范围内得到认可——以及采用主动安全和非安全应用之间的时期定义了第二波。

Strategy Analytics在去年的市场报告中指出，惯性传感器在非安全领域的应用越来越多。例如，eCall、远程信息技术和V2X系统的惯性传感器渗透率将从2018年的32%增加到2026年的66%。与此同时，到2026年，被动式关键元件的传感器渗透率将从2018年的29%上升至55%。根据Bruno的说法，ST通过其惯性传感器产品在这些子系统中表现得很好，其中之一是具有6自由度的ASM330。

ST在这方面正在关注的另一个趋势是麦克风，其中MEMS设备有望在所有应用中取代ecm。“我认为麦克风是一款非常有趣的汽车产品。首先，麦克风没有汽车标准。ST是希望了解适合汽车应用的麦克风性能的先驱之一，”Bruno解释道。“今天，我们看到四种应用驱动着对汽车麦克风的需求:免提呼叫、噪音消除、紧急呼叫和车内呼叫应用。MP23DB01HP是我们提供给合作伙伴和客户的工业级产品。”

始于主动安全性的第三波延续了自动驾驶的最终性。“这波是我们现在正在设计所有一级和OEM汽车制造商的波浪，”布鲁诺说。

虽然已经使用了用于安全气囊和电子稳定性的惯性传感器，但随着综合市场主要由法律执行，而且增长最快的段来自ADA和自主驾驶应用。

但是根据Bruno的说法，制造商首先需要了解传感器的灵敏度、准确性、稳定性和线性度以及应用所需的参数。因为智能手机上使用的传感器和汽车上安装的实现5级自动驾驶的传感器没有太大区别。更重要和更有挑战性的是准确性、线性和稳定性，因为在5级，没有误差的余地，所以应该没有错误的可能性。

Bruno表示，为了解决这个问题，大多数oem和一级公司都在惯性模块或子系统上使用冗余配置。他说:“我们不是只使用一个设备，而是把几个设备放在一起，以能产生最小误差的方式操作。显然，这很昂贵，也很复杂，因为你需要几个设备一起操作——在这种情况下，相同并不意味着完全相同。所以，你需要复杂的软件来同步所有的信号，并验证所有的信息。”“未来的系统将是单一的6轴或x轴系统，其中x可以是4、5或6自由度，再加上功能安全。”

根据Bruno的说法，用于汽车应用的任何MEMS传感器中的另一个重要元素是包装。“陶瓷包让我们更稳定，更好的线性。这是关键。他说，陶瓷包是汽车的未来，“他说。

当被问及将一些传感器集成到包装中以减少身体计数的可能性时，布鲁诺指出，这是汽车和其他行业之间的差异。

“在一个包装中的更多传感器的集成是一种非常常见的方法;消费者和工业市场良好采用。对于消费者加速度计和消费者陀螺仪，重要的是急剧降低成本。您将在一个机械单元中有一个3轴加速度计。对于陀螺仪来说，“他解释道。“但是当您进入汽车应用程序时，考虑到ASIL D要求，并且您的需求是安全读取每个轴，您必须避免在另一个轴上的任何可能的干扰行为。因此，例如，您可能更愿意在一个机械单元中没有3轴加速度计，例如安全。“

他进一步前来说，一个包装中的整合甚至在一个更多轴的机械结构中不是一个问题。“这就是我们在消费者空间中已经做的事情，我们的IMU已经以这种方式设计，或在一个包装中的3轴加速度计和磁力计，”布鲁诺说。“在汽车中，关键是您希望拥有一个可靠的系统，其中保证了一个轴的冗余和一个轴的独立性。这就是为什么您可能更愿意保持每个陀螺轴分离。从组件的角度来看，很难实现ASIL D。如果您只有一个机械结构完成陀螺仪，则需要3个模具，一个用于轴X，一个用于Y，一个用于z，以实现ASIL D安全标准。“

嗜睡，司机分心

该行业仍远离自动驾驶，所以，技术提供者正在转向解决困倦和司机分心等问题，以帮助拯救生命。

嗜睡是欧洲（Invs / Afsa）的所有车祸中的20％到25％的责任。与此同时，超过50％的司机在驾驶时发短信。虽然我们确实有能力在发短信时驾驶，但统计和现实表明这可能导致许多人死亡。

ST正在帮助汽车行业拯救生命，通过发布一个新的图像传感器系列，特别是为机器增加高分辨率视觉设计。“加上适当的处理和系统,我们可以识别的程度的注意力从我们的眼睛和面部表情,当我们开车,所以,当我们无法控制自己但是需要控制汽车,该系统将使我们靠边停车,和休息。这是一件非常有趣的事情，我认为ST将对此做出很大贡献，”布鲁诺说。

未来自动驾驶技术的关键推动因素之一是LiDAR，这是一种用于ADAS的紧凑且经济有效的半导体解决方案。ST正在与LeddarTech合作，创建一个激光雷达评估工具包，将展示技术概念，并提供功能性激光雷达的开发能力，供汽车1-2级供应商和工业系统集成商开发基于ledarengine技术的激光雷达解决方案。ST提供了一个发射器子模块，一个由MEMS、反射镜和光学制造的系统。